使用TFCalc编辑膜系的方法(简单)

使用TFCalc编辑膜系的方法（简易操作步骤）假设我们要设计一个反射率99.9%高反膜系（波长10600nm）：条件：（1）基底材料：GaAs（2）膜料：ZnSe，YF3具体步骤：1 点击TFCalc图标进入其操作界面：图中弹出对话框，要求输入要编辑的文件名。因为我们是要新编膜系，则点击“取消”按钮，则只显示如下界面：图中自左到右的菜单名称中文意思分别是：“文件”、“编辑”、“修改”、“运行”、“结果”、“杂项”和“帮助”。点击其中的任何一项将弹出其包含的菜单内容。2点击第一项“File”，弹出如下菜单项：左图中的中文意思自上到下分别是：l 新建膜系文件l 重新打开膜系文件l 关闭膜系文件l 保存膜系文件l 以其他的文件名保存膜系文件l 恢复原始文件l 打印膜系l 打印设置l 退出TFCalcl 关于TFCalc3 点击第一项“New Coating”弹出如下“编辑环境对话框”：上图左边图中英文对应的中文意思分别是：Angle角度Incident Medium入射介质Substrate基底Front Layer基底前面Back Layer基底后面Exit Medium出射介质在上图的右边框内分别输入：Reference Wavelength(参考波长)：1580Illuminate（光源）：WHITE（白光）Incident angle（入射角）：0.0Incident medium（入射介质）：AIR（空气）Substrate（基底）GaAs（砷化镓）Thickness（厚度）mm1（一般不考虑基底材料的厚度）Exit medium（出射介质）GaAs（如果是透视膜系，则出射介质一般是空气）Detector（探测器）：IDEA(理想探测器)First Surface（第一面）Front注：光源、基底材料、探测器应该分别在Illuminate、substrate、detector库中存在。这些库可以增减。4 点击下面的“Analysis Parameters”（分析参数）按钮，弹出下面的对话框：因为本例我们考虑是入射角为0的条件，因此选中第一项的圆形无线电按钮-Range of wavelengths（波长范围）（nm），其他的均不选。点击OK按钮，返回上一层对话框，再点击OK按钮，显示如下的反射率与波长的关系曲线图（该图显示的没有镀膜情况下，基底材料的反射率）：图上方的英文字符列出了该图成立的环境条件。现在我们可以进入下一步具体的膜系结果设计，一般高反膜系的结构是(HL)sH，其中s是大于0的正整数。5 点击“Modify”菜单，弹出如下菜单选项：左边菜单项从上到下对应的中文意思是：l 环境l 膜堆公式l 前面层l 后面层l 组l 单一目标l 连续目标l 注释l 可变材料l 环境l 材料l 基底l 光源l 探测器l 分布6 编辑膜系，有2种方法可以编辑膜系，下面我们分别介绍：（1）使用膜堆公式（a）选择“Stack Fomula”，弹出如下膜堆公式窗口：图中的英文意思如下：Enter the formula. The substrate is the left of the first layer：输入公式，基底在第一层的左边；Material（材料）：后面框内输入材料名称Thickness：厚度：后面框内输入厚度值（四分之一波长数），该值最好为大于0的正整数Optimize（优化）：后面的框内输入“yes”或“No”Group（组）：后面的框内输入1下面的3个按钮的意思是：Generate Layers：生成膜系，完成后点击该按钮将生成膜系中间是取消Clear formula：清除公式。点击该按钮将不保存已经输入的膜堆公式，否则将下次进入该对话框将出现上次输入的膜堆公式输入膜堆公式，选择H（高折射率材料）和L(低折射率材料)等参数后的对话框如下：如上图所示，膜堆公式为(HL)8H，省略了G，完整的应该是G(HL)8H，意思是：GHLHLHLHLHLHLHLHLH厚度选择“7”是因为我们在环境对话框中将参考波长选择为1580nm（已经调好波长值），最好是10600能整除的数，此地我们设为7，71580nm比较接近10600nm。如果发现不合适可以调整该值。点击“generate layers”按钮，生成膜系(b)选择“modify”菜单中的第三项“Layer-Front”，弹出如下窗口：图中显示的是我们刚刚生成的膜系，用鼠标点击图下方滑动框的空白处，可以看到该膜系一共17层。图中的英文意思是：Layer：层；Material：膜料；QWOT：四分之一波长数；Thickness(nm)：厚度（该厚度为物理厚度，与QWOT是相关的，二者的关系：n*d=，式中，n是膜层的折射率，d是膜层的物理厚度，是参考波长，N是QWOT。例如我们来计算第一层：d=1150.74nm，与实际结果有偏差，可能是折射率数据或波长不是四分之一相关的原因）Constran：强制；Needles：针优化图形最上方是二个选择菜单（Options和More Options），其功能稍后再介绍。至此我们已经完成了利用第一种方法膜系设计。（2）直接在Layer-Front窗口输入数据（a）选择“modify”菜单中的第三项“Layer-Front”，弹出如下窗口：（b）点击该窗口上方的Options（选择），则弹出如下菜单选项：图中菜单选项自上到下的意思是：l 增加前面膜层l 删除前面膜层l 打印前面膜层l 从拷贝前面膜层l 从附加前面膜层l 前面膜层顺序倒转l 合并前面膜层l 计算等价折射率l 计算等价膜堆l 显示膜层总厚度l 从文件.从读取膜层数据l 将膜层数据保存在文件中l 将膜层数据保存在剪切板l 替代膜层数据（c）选择菜单选择项的第一项“Add Front Layers”弹出下面对话框：点击“OK”，弹出Layer-Front窗口，在第一列中出现膜层数据，该数据是缺省数据，分别将光标移动要修改的位置，输入正确的数据。（d）重复（c）操作多次，直至膜层达到17层；（e）点击“show Thickness Totals”则弹出下面信息框：从左图中我们可以知道膜层的厚度情况：ZnSe膜料层厚度：10350.30nmYF3膜料层厚度：15913.67nm总厚度：26263.97nm最薄层厚度：1150.03点击“OK”返回。最终的结果与采用膜堆公式得出的结果相同。注意：（1） 当所设计的膜层规律性比较强，并且层数较多，采用膜堆公式方法简单；当膜层较少采用直接输入方法就可以；（2） 当所设计的膜系是增透膜系时，必须修改下面的内容：进入“modify”菜单，选第一项，将环境对话框中的出射介质改为“AIR”；第二步选择“Layer-Front”窗口上方的“Options”菜单的“Save Data in File”选择项，弹出下面的对话框：输入文件名并选择目录后点击保存按钮即可。第三步选择“modify”菜单中的第三项“Layer-Back”，出现一个空白的基底后表面窗，选择该窗口上方的“Options”菜单里的“Read Data From File”选择项，从弹出的对话框中选择你刚才保存的文件，点击“打开”即完成操作。下面我们将要看看我们设计的高反膜系是否满足要求。7 按键盘上的“F3”或“F6”键，则显示如下图形：上图显示的是反射率与是波长的关系。图形上方的文字描述了该图是在什么环境下生成的，其中大部分的英文单词出现在环境对话框中，并已解释，在此不再解释，其中Polarization意思是偏振，后面出现的AVE表示平均偏振。如果要了解透射率、吸收率等参数与波长的关系以及提高图形的分辨率，双击该图，出现下面的对话框，修改该对话框的相关选择，可以满足你的要求。图中英文的意思分别是：l Display(显示)：点击右边的箭头将会出现下拉菜单，从该菜单中我们可以选择透视、吸收、PSI等与波长的关系l Polarization(偏振）：后面有3个选项(可以都选上)。分别是平局偏振光、P偏振光和S偏振光l X-Axis Units(X轴单位)：点击其右边的箭头将出现下拉菜单，从该菜单中我们可以改变X轴单位为波数等l X-Axis Range(X轴范围)：后面有2个圆按钮，其中1个是Full Range(整个范围)，该范围在环境对话框中已确定；另1个按钮如果选中，则你可以在后面的2个方框中输入你期望观察的波长范围l Y轴第1选项Automatic(自动)选择范围；第2选项是观察范围值如果我们的选择与上图所示，则反射率与波长的关系如下图所示：从上图我们可以看到在10600nm波长下反射率超过99.9%，满足设计的要求。